10781

Экспериментальные исследования процесса распределения тепла при сварке

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Отчет по лабораторной работе №4 Экспериментальные исследования процесса распределения тепла при сварке по дисциплине Теория сварочных процессов Цель работы: приобрести опят и навыки экспериментального определения температуры в ходе нагрева и охлаждения ...

Русский

2013-04-01

2.43 MB

12 чел.

Отчет по лабораторной работе №4

«Экспериментальные исследования процесса

распределения тепла при сварке»

по дисциплине «Теория сварочных процессов»

  Цель работы: приобрести опят и навыки экспериментального определения температуры в ходе нагрева и охлаждения при сварке.

  Материалы и оборудование: сварочный пост, набор слесарных инструментов, провода для изготовления термопар, пластины из стали, покрытые электроды, штангенциркуль, секундомер, потенциометр.

  Методы измерения температуры нагретых тел:

Существует много методов определения температур, назовём лишь те методы, которые используют при сварке.

Один из простейших метопов, так называемый "цветовой" заключается в использовании индикаторов температуры: термокраски или термокарандаша.

Термокраски меняют цвет непрерывно (позволяя наблюдать положение изотермических линий) или резко (при  определенной температуре и сохраняют ее в дальнейшем). Диапазон измеряемых температур 300...1800 K.

Термокарандаши изготовляют для диапазона 300...950 K с градацией 50...80 К. Нанося различными карандашами риски, как мелом можно быстро определить  распределение температур по изменению цвета. Точность измерения составляет несколько Кельвин.

Температуру можно измерить с помощью чувствительных элементов и датчиков. Наиболее простыми датчиками температуры   являются электроконтактные термометры с чувствительными ртутными элементами. Точность электроконтактных термометров составляет 2...5°С. Однако с их помощью можно контролировать температуру только до 300°С.

Более широкое применение имеют термометры сопротивления. Они позволяют контролировать температуру до 1250°С. Точность проволочных термометров сопротивления составляет 0,5%.

Чаще всего для  измерения температур при сварке используют термоэлектрические чувствительные элементы - термопары, действие которых основано, на возникновении ЭДС спая разнородных проводников.

Широкое применение получили термопары: хромель-алюмель, хромель-копедь, платина-платинородий. Рабочие диапазоны их соответственно -20 ...+ 1000°C, -500...+ 600°C, -20...1600°C.

При температурах выше 1900 K применяют пирометры. Пирометрами называют устройства, состоящие из оптической системы и приемника излучения,  позволяющие измерить температуру тела по интенсивности и спектральному составу их теплового излучения оптическим методом без прямого контакта с "объектом. Различают пирометру полного излучения - радиационные; частичного излучения - монохроматического излучения - яркостного; спектрального соотношения - цветов.

 

Программа работы:

1. Подготовка пластин.

Внешнюю поверхность образцов зачистили до металлического блеска (рис. 1).

Рис. 1. Подготовка образцов

С помощью штангенциркуля провели метну в виде сплошной линии посередине образца по всей его длине. Вторую метку, перпендикулярно первой, тоже посередине образца. Аналогично разметили пластинку и с обратной стороны (рис. 2).

Рис. 2. Отметка рисок

На обратной стороне пластины в точке, отмеченной риской, сделали рассверловку диаметром 1...2 мм для зачеканки термопары (глухое отверстие) (рис. 3, 4).

Рис. 3. Рассверловка пластин

Рис. 4. Получение отверстия

2. Изготовление термопары.

Заварить термопару (рис. 5, 6, 7) и получить «горячий» спай (рис. 8).

Рис. 5. Проволока для изготовления термопар

Рис. 6. Заварка термопары

Рис. 7. Получение термопары

Рис. 8. «Горячий» спай

3. Проверка термопары на работоспособность (рис. 9).

Для чего присоединили "холодный" спай к измерительному прибору, а "горячий" спай нагрели с помощью зажигалки, при этом стрелка прибора должна не отклонялась в сторону увеличения температуры, поэтому поменяли полюса термопары.

Рис. 9. Проверка термопары на работоспособность

4. Зачиканка и подключение.

"Горячий" спай термопары, после проверки ее работоспособности, ввели в просверленное отверстие пластины и зачеканили с помощью керна  (рис.10),  причем термопара, во избежание ее выхода из строя, проводится под крышкой сварочного стола и через продольную прорезь подкладки (рис.11).

Рис. 10. Зачеканка термопары

Рис. 11. Получение зачеканки

5. Наплавка валика.

Произвели наплавку валика электродом на постоянном токе прямой полярности, начиная от одного из краев пластины к центру до метки, где начеканена термопара (рис. 12).

Рис. 12. Наплавка валика

6. Снятие данных, температуры и времени (см. карту измерений).

Фиксировали температуру в точке закрепления термопары в процессе сварки, и после ее окончания через определенные моменты времени (рис.13).

Рис. 13. Фиксирование температуры

7. Повторили наплавку на постоянном токе другой полярности и повторили все предыдущие операции, причем на поперечной метке, отступив от середины образца около 15 мм,  сделали отметку в виде риски.

8. Обработка полученных данных (графики).

Рис. 14. Термический цикл точки закрепления термопар

зелёный – первый образец; красный – второй образец

Из красного графика видно, что первое время после начала сварки изменение температуры не происходит, т.к. вводимое тепло не достигло термопары, из-за теплофизических свойств металла.

Начиная с 27 секунды накопленное тепло начинает достигать термопары, произошло увеличение температуры до 80 градусов.

В момент прохождения источника тепла над термопарой, температура не достигает максимальной, потому что тепло ещё не дошло до неё.

На 42 секунде температура достигает максимальной и равной 900 градусов, это происходит за счет того, что накопленное тепло достигло термопары и тепло также продолжает вводиться.

Затем идет снижение температуры до 760 градусов на 45 секунде. Тепло продолжает вводиться, но не успевает достигнуть термопары, т.к. источник тепла удаляется.

На 51 секунде наплавка закончилась. И в течение 190 секунд температура пластины начинает плавно понижаться до 180 градусов, т.к. тепло уже не вводиться, а накопленное уходит в окружающую среду.

Из зелёного графика видно, что изменение температуры происходит раньше. На 21 секунде температура пластины равняется 40 градусов, за счет того, что тепло распространяется равномерно в сторону термопары.

Максимальная температура равная 1100 градусам, достигается на 32 секунде, затем идет резкое снижение температуры до 620 градусов. На 51 секунде наплавка закончилась. И в течение 190 сек температура плавно понижается до 200 град.

9. Определение температуры по цветам побежалости.

Таблица 2

Рис. 15. Зависимость температуры от цвета побежалости

Из графиков распределения температуры в металле видно, что чем дальше от центра шва находится цвет, тем больше расстояние от центра шва до этого цвета и тем меньше температура. При сравнении графиков видно, что при одинаковой температуре 275 градусов (пурпурно-красный цвет побежалости) расстояние от центра шва до начала цвета побежалости первого образца больше, чем у второго, т.к. в первом образце температура распространялась в одну сторону (наплавка производилась по центру), а во втором наплавка производилась по краю.

  Вывод:

В данной лабораторной работе мы проводили эксперимент, определяющий температуру в ходе нагрева и охлаждения при сварке. Мы проводили сварку на двух образцах. На первом образце шов проходит посередине пластины, а во втором образце шов проходит с краю. Сравнив полученные данные видно, что Тmах в первом образце больше, чем во втором, т.к. тепло в первом образце распространяется равномерно в одну сторону пластины, а во втором тепло распространяется равномерно в обе стороны относительно шва, т.к. площадь распространения тепла больше, чем во втором образце.             


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69107. Анімаційні ефекти 46.5 KB
  Найпростіший спосіб реалізації цього ефекту полягає в тому щоб намалювати зображення певним кольором а потім приховати його шляхом повторного малювання в тих самих графічних координатах кольором фону. Наступного разу зображення відтворюється вже в нових координатах.
69108. Фрактальні зображення 49.5 KB
  Залежно від початкових умов функція що описує таку систему перетворень може наблизитися до нескінченності збігтися до певного скінченного числа числового діапазону або нескінченно варіюватися у певному діапазоні. Множина Мандельброта визначається таким рівнянням...
69109. Теорія і методи структурного програмування 143 KB
  Згодом вона поділяється на підпрограми які декомпонуються на підмодулі наступного рівня. Під час низхідного проектування програми на верхніх рівнях абстракції деталі приховують а на нижніх рівнях вони описуються конкретною мовою програмування.
69110. Використання модулів у Borland Pascal 7.0. Структура модуля 55 KB
  Структура модуля. Структура модуля 3. До складу модуля можна включати оголошення констант типів змінних а також оголошення і реалізацію процедур і функцій. Структура модуля Модуль складається із заголовка інтерфейсної реалізаційної й ініціалізаційної частин.
69111. Основні концепції об’єктно-орієнтованої методології програмування. Базові поняття об’єктна-орієнтованого програмування. Класи і об’єкти в мові Pascal 79.5 KB
  Методологія об’єктно-орієнтованого програмування виникла як результат природної еволюції мов структурного програмування. 3 погляду цієї методології програма є сукупністю об’єктів, кожен об’єкт є екземпляром певного класу, а класи утворюють ієрархію успадкування
69112. Одномірні масиви. Поняття масиву та його властивості. Базові операції обробки одновимірних масивів 214.5 KB
  Характерною ознакою простих типів даних є те, що вони атомарні, тобто не містять як складові елементи дані інших типів. Типи даних, що не эадовольняють зазначеній властивості, називаються структурованими. У мові Раsсаl означено такі структуровані типии: масиви, рядки, множини, записи та файли.
69113. Багатовимірні масиви. Оголошення багатовимірних масивів. Доступ до елементів. Базові операції їх обробки двовимірних масивів. Двовимірні масиви в задачах 96.5 KB
  Як було зазначено вище, одновимірні масиви застосовуються для зберігання послідовностей. Проте для багатьох структур даних зображення у вигляді послідовності є неприйнятним. Наприклад, результати матчів футбольного чемпіонату найзручніше подавати у вигляді квадратної таблиці.
69114. Рядки. Поняття рядка та оголошення змінних рядкового типу. Операції над рядками та рядкові вирази. Процедури та функції обробки рядків 79 KB
  Один з різновидів одновимірних масивів — масив символів, або рядок, — посідає особливе місце у багатьох мовах програмування. І це не випадково, адже алгоритми перетворення рядків застосовуються для вирішення вкрай широкого кола задач: редагування та перекладу текстів, алгебричних перетворень формул...
69115. Записи. Запис та його оголошення. Доступ до компонентів та операцій над записами. Масиви записів. Записи з варіантами 100 KB
  Визначальною характеристикою масиву є однорідність, тобто однотипність його елементів. Проте реальний світ насичений неоднорідними структурами даних. Прикладами таких структур можуть стати: календарна дата, що скла-дається з номера дня, номера року та назви місяця...